小直徑單壁碳納米管的提取及大形變應(yīng)變傳感器的研究.pdf

1、碳納米管不只是機械性能優(yōu)異,還具有出色的光電性能和熱學(xué)性能,故而受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。因為曲率效應(yīng)的存在,相比于大直徑的單壁碳納米管,亞納米直徑的單壁碳納米管具有更優(yōu)異的性能。直徑小于5時,單壁碳納米管π*–s*雜交效應(yīng)很強,帶狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使其趨向于金屬性,直徑為4的單壁碳納米管具有超導(dǎo)體性能。故而已經(jīng)有很多人把目光聚集到制備及研究直徑為4的單壁碳納米管工作中來。此外，2002年，清華大學(xué)范守善課題組通過CVD方法制備得到

2、了超順碳納米管陣列，從而開啟了碳納米管從微觀到宏觀的大門，基于碳納米管薄膜的柔性器件也因此得到了快速發(fā)展。但是此類柔性器件形變依舊很小，限制了該柔性器件的進一步發(fā)展。對于以上兩大挑戰(zhàn)，本文針對性了做了如下的工作：
　　以中性生物素蛋白為載體純化提取小直徑單壁碳納米管。CVD法制備的單壁碳納米管混合物多以碳納米管束的形式存在，且含有無定形碳雜質(zhì)。中性生物素蛋白易與無定形碳以及碳納米管束結(jié)合，發(fā)生結(jié)合后，無定形碳以及碳納米管束的溶解度

3、增加，通過離心的方法即可得到單個的小直徑單壁碳納米管，在該過程中除去了絕大部分的單壁碳納米管束、無定形碳以及大直徑的單壁碳納米管。然而，經(jīng)過這個步驟之后，我們發(fā)現(xiàn)得到的產(chǎn)物中依舊含有少量的無定形碳，故而我們在其中加入生物素 atto550，進一步增加二者溶解性的區(qū)別，通過離心的方法最終達到純化提取小直徑單壁碳納米管的目的。AFM照片顯示，通過這種方法，我們最終得到了直徑為0.38 nm的單壁碳納米管。
　　大形變電阻式應(yīng)變傳感器的

4、制備及其應(yīng)用探究。我們以橡膠纖維為鞘核心，在其上噴涂橡膠溶液，覆蓋一層均勻的橡膠層，然后在橡膠層外面包裹碳納米管，得到了一種高度可拉伸地螺旋狀地褶皺型應(yīng)變傳感器，它能夠可恢復(fù)地拉伸至600％，同時電阻變化達到160%。其電阻變化規(guī)律為兩段線性變化關(guān)系：應(yīng)變?yōu)?%到200%的時候，GF1=0.5；應(yīng)變?yōu)?00%到600%的時候，GF2=0.14。作為扭轉(zhuǎn)傳感器，樣品每厘米最多可以扭轉(zhuǎn)2.2圈，能夠使得線性電阻變化高達14%，同時樣品耐用性

5、好且能夠快速響應(yīng)。在應(yīng)用方面，我們將制作好的應(yīng)變傳感器樣品貼在腰部、膝關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別作為呼吸監(jiān)測器、運動監(jiān)測器和指關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)采集器。在呼吸監(jiān)測方面，我們的技術(shù)提供了一種可靠的、不受妨礙方式來獲得呼吸模式，并且該方法不受噪聲、光、輻射、大氣壓或者磁場的影響。我們的應(yīng)變傳感器制備的呼吸監(jiān)測器不僅僅可以鑒別呼吸作用的缺陷，而且能夠區(qū)分不同的反常呼吸模式，比如阻塞性呼吸、庫斯莫爾呼吸、畢奧失調(diào)型、陳-施氏呼吸以及長呼吸。此外，我們的應(yīng)變傳感器提